DE4113042A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines periodischen kreisprozesses - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines periodischen kreisprozesses

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines periodischen Kreisprozesses zur Heizung eines Wärmeträgers, wobei in einer Desorptionsphase durch Zufuhr von Energie Wasser von Zeolithen getrennt wird, und in einer Adsorptionsphase die Zeolithe unter Abgabe von Wärme Wasser aufnehmen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In der DE 34 13 349 C2 sind ein derartiges Verfahren und eine hierfür geeignete Vorrichtung beschrieben. In den Zeolithen sind elektrische Heizstäbe angeordnet, die in der Desorptionsphase bzw. Aufladephase Wasser aus den Zeolithen ausdampfen. Der Wasserdampf kondensiert, und die Kondensationswärme wird ausgenutzt. Das Kondensat fließt in einen Wasserbehälter zurück.
In der Adsorptionsphase bzw. Entladephase wird der abgekühlte Wärmeträger (getrocknete Zeolithe) befeuchtet. Dadurch reduziert sich der Druck im Wasserbehälter, so daß Wasser im Vakuum verdampft und von den Zeolithen adsorbiert wird. Die dabei entstehende Adsorptionswärme wird auf den Wärmeträger übertragen. Der Wasserbehälter kühlt ab und kann Umgebungswärme aufnehmen.
Es hat sich gezeigt, daß Zeolithe nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben. Dies hat zur Folge, daß die Desorptionsphase, d. h. das Aufheizen der Zeolithe, eine vergleichsweise lange Zeit beansprucht. Aus dieser Tatsache ergeben sich Nachteile für kurze Adsorptions-Desorptions- Zyklen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, wobei die Desorptionsphase verkürzt ist.
Erfindungsgemäß ist die obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der Desorptionsphase den Zeolithen elektrische Mikrowellenenergie zugeführt wird.
Dadurch, daß in der Desorptionsphase die Zufuhr der Energie durch Mikrowellen erfolgt, ist erreicht, daß die Zeolithe vergleichsweise schnell auf eine Temperatur gebracht werden, bei der die Zeolithe schnell austrocknen bzw. das Wasser schnell verdampft. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Zeolithe begrenzt somit eine Verkürzung der Desorptionsphase nicht, und eine Absenkung der Desorptionstemperatur ist die Folge.
Die Verkürzung der Desorptionsphase und die niedrigere Desorptionstemperatur ist insofern günstig, da dadurch im Prozeßzyklus für die Aufnahme von Umgebungswärme weniger Energie in das System eingebracht werden muß, so daß im Endergebnis mehr Umgebungswärme aufgenommen werden kann. Dadurch ist der Wärmepumpeneffekt des Verfahrens deutlich verbessert.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Verlustenergie der Mikrowellenerzeugung auf das Wasser übertragen. Dadurch ist erreicht, daß der an sich schlechte Wirkungsgrad der Mikrowellenerzeugung sich nicht nachteilig auswirkt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Magnetron die Mikrowellenenergie den Zeolithen durch ein Hohlleiterrohr zuführt, daß ein konzentrisch zum Hohlleiter angeordneter Kondensator Wasserdampf aus den Zeolithen ableitet, daß der Wasserdampf in dem Kondensator kondensiert, und daß der Kondensator den Wärmeträger und einen Wasserbehälter verbindet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Beheizung eines Wärmeträgers schematisch.
Ein Speicher (1) für einen Wärmeträger, beispielsweise Wasser, weist einen Zulauf (2) und einen Ablauf (3) auf. In den Speicher (1) ist eine mit Zeolithen (4) gefüllte Patrone (5) eingebaut. Diese steht mit dem Wärmeträger in wärmeleitender Verbindung.
An der Patrone (5) ist ein Kondensator (6) und ein Hohlleiterrohr (10) angeordnet, die sich durch den Speicher (1) erstrecken, und mit dem Wärmeträger in Verbindung stehen. Unten mündet das Hohlleiterrohr (10) in einen Wasserbehälter (7), der unten am Speicher (1) befestigt ist.
In den Wasserbehälter (7) ist ein Magnetror (8) mit einer Antenne (9) eingebaut. Diese ist in das Hohlleiterrohr (6) gerichtet. Sie ist durch eine Kappe (13) gegen Feuchtigkeit geschützt. Ein Stromversorgungsaggregat (11) ist durch Wärmebrücken (12) mit dem Wasserbehälter (7) verbunden. Dieser ist durch Umgebungswärme(U) beaufschlagbar. Der Prozeß verläuft folgendermaßen:
Zu Beginn der Desorptionsphase sind die Zeolithe (4) feucht. In ihnen ist Wasser adsorbiert. Während der Desorptionsphase wird vom Magnetron (8) über die Antenne (9) durch das Hohlleiterrohr (10) Mikrowellenenergie in die Zeolithe (4) gestrahlt. Dadurch verdampft das Wasser aus den Zeolithen (4). Die Mikrowellen erwärmen auch die Zeolithe (4) und die Patrone (5) und führen sensible Wärme zu. Der Wasserdampf gelangt in den Kondensator (6) und kondensiert. Die Kondensationswärme wird an den Wärmeträger im Speicher (1) abgegeben. Gleiches gilt für die sensible Wärme der Zeolithe (4) und der Patrone (5). Das Kondensat läuft in den Wasserbehälter (7) ab.
Beim Betrieb des Magnetrons (8) entsteht Verlustwärme am Magnetron (8) und an dessen Stromversorgungsaggregat (11). Die Verlustwärme wird auf das Wasser im Wasserbehälter (7) übertragen. Dadurch wird nicht nur die Verlustwärme ausgenutzt, sondern es wird gleichzeitig das Magnetron (8) und das Stromversorgungsaggregat (11) in der gewünschten Weise gekühlt.
Sind die Zeolithe (4) getrocknet und auf Desorptionstemperatur gebracht, dann wird das Magnetron (8) abgeschaltet. In der dann anschließenden Adsorptionsphase geben die Zeolithe (4) und die Patrone (5) ihre sensible Wärme an den Wärmeträger im Speicher (1) ab. Die Zeolithe (4) werden dabei kalt. Dabei sinkt der Druck im geschlossenen System Patrone (5)/Kondensator (6)/Wasserbehälter (7). Die kühlen, trockenen Zeolithe (4) nehmen nun aus dem Wasserbehälter (7) verdampfendes Wasser auf. Dies hat einerseits zur Folge, daß die Zeolithe (4) latente Wärme (Adsorptionswärme) freisetzen, und andererseits das Wasser im Wasserbehälter (7) weit unter Umgebungstemperatur abkühlt. Aus dieser Tatsache resultiert der Wärmepumpeneffekt. Die latente Wärme der Zeolithe (4) wird an den Wärmeträger im Speicher (1) abgegeben. Das kalte Wasser im Wasserbehälter (7) kühlt das Magnetron (8) und das Stromversorgungsaggregat (11) weiter. Außerdem kann das kalte Wasser im Wasserbehälter (7) durch Umgebungswärme (U) erwärmt werden. Diese wird dann bei der nächsten Adsorptionsphase genutzt. Die Adsorptionsphase endet, wenn die Zeolithe (4) befeuchtet sind.
Die nächste Desorptionsphase kann dann durch erneutes Einschalten des Magnetrons (8) eingeleitet werden. Die Dauer der Desorptionsphase ist vergleichsweise kurz, da durch die Mikrowellen das Wasser schnell aus den Zeolithen (4) verdampft wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb eines periodischen Kreisprozesses zur Heizung eines Wärmeträgers, wobei in einer Desorptionsphase durch Zufuhr von Energie Wasser von Zeolithen getrennt wird und in einer Adsorptionsphase die Zeolithe unter Abgabe von Wärme Wasser aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Desorptionsphase den Zeolithen (4) elektrische Mikrowellenenergie zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustenergie der Mikrowellenerzeugung auf das Wasser übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Umgebungswärme dem Wasser zugeführt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetron (8) Mikrowellenenergie den Zeolithen (4) durch ein Hohlleiterrohr (10) zuführt, daß der konzentrisch zum Hohlleiterrohr (10) angeordnete Kondensator (6) Wasserdampf aus den Zeolithen (4) kondensiert, und daß das Hohlleiterrohr (10) mit dem Wärmeträger in wärmeleitender Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Adsorptionsphase der Kondensator (6) Wasserdampf zu den Zeolithen (4) leitet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromversorgungsaggregat (11) des Magnetrons (8) mit dem Wasserbehälter (7) in wärmeleitender Verbindung steht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeolithe (4) in einer wärmeleitenden Patrone (5) in einem Speicher (1) des Wärmeträgers untergebracht sind, und daß sich das Hohlleiterrohr (10) durch den Speicher (1) erstreckt und der Wasserbehälter (7) außerhalb des Speichers (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (7) unterhalb der Zeolithe (4) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserbehälter (7) Umgebungswärme zuführbar ist.
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